Bayern München was voor Tymosjtsjoek in 2009 de vierde club in zijn carrière in het betaald voetbal, die vijftien seizoenen eerder begon. Daarvoor kwam hij uit voor Volyn Loetsk (waar hij de jeugdopleiding afmaakte), tien seizoenen voor FC Sjachtar Donetsk en drie voor Sint-Petersburg, waarvan hij een tijd aanvoerder was. Voor Girnyky – de bijnaam van Sjachtar Donetsk – speelde hij zeven jaargangen in de UEFA Champions League. In het seizoen 2009/10 was Tymosjtsjoek met Bayern München verliezend finalist in de Champions League (0–2) tegen Inter Milaan. Hijzelf kwam in de eindstrijd niet in actie. Ook in de seizoenen 2011/12 en 2012/13 bereikte Tymosjtsjoek de finale met wisselend succes. In 2013 vierde hij met Bayern de eindzege in de Champions League. Na het succesvolle seizoen waarin Bayern ook nog de landstitel en de beker won, raakte bekend dat Tymosjtsjoek een contract voor twee jaar tekende bij zijn voormalige ploeg Zenit Sint-Petersburg. Hiervan nam hij in juli 2015 voor de tweede keer afscheid om een contract tot eind 2016 te tekenen bij Kairat Almaty.[1][2]
Tymosjtsjoek werd in 2017 assistent-trainer bij de Russische club FK Zenit. Op 11 maart 2022 werd Tymosjtsjoek door de Oekraïense voetbalbond levenslang geschorst, omdat hij weigerde de Russische inval in Oekraïne te veroordelen.[6] Ook al zijn trofeeën die hij in Oekraïne won, zijn van zijn erelijst geschrapt.[7]